Паразиты. Тайный мир
Шрифт:
В конце дня, проведенного мной в Национальной коллекции паразитов, после того как мы с Эриком Хобергом просидели несколько часов в его офисе за разговором и изучением слайдов, я спросил, нельзя ли мне еще раз спуститься в хранилище.
— Конечно! Давайте я вам открою,—сказал он. Мы спустились вниз. В хранилище было пусто; Дональд Полинг закончил дневную работу и ушел домой. Я вошел. Хоберг, стоя у двери, сказал, чтобы я позвал его, если мне что-то понадобится. После этого он запер меня в хранилище. Тяжелая дверь закрылась за моей спиной с большей определенностью, чем мне бы хотелось. Я остался наедине с паразитами. И, после того как я немного привык к этому ощущению, меня потянуло на размышления.
Вероятно, место, в котором я находился, больше, чем что бы то ни было, походило на настоящий музей паразитов. Правда, там не было нескольких больших групп. Там не было паразитических
Глава 6. Эволюции изнутри. Павлиний хвост, происхождение видов и другие сражения против законов эволюции.
Люди умные умеют поучаться от врагов.
Аристофан. Птицы
«Происхождение видов» — скорбная книга. Бог не поместил виды животных и растений на Землю такими, как они есть, в равновесии и совершенной гармонии, говорит в ней Дарвин. Они рождаются из смерти, вездесущей и непрерывной. «Лик природы представляется нам радостным, мы часто видим избыток пищи; мы не видим или забываем, что птицы, которые беззаботно распевают вокруг нас, по большей части питаются насекомыми и семенами и, таким образом, постоянно истребляют жизнь; мы забываем, как эти певцы или их яйца и птенцы в свою очередь пожираются хищными птицами и зверями». Большая часть растений и животных вообще не получает возможности продолжить свой род, утверждает Дарвин, потому что их убивает какой-нибудь хищник или травоядное, побеждает в конкурентной борьбе за солнечный свет или воду представитель их же вида, или они просто умирают от голода. Те немногие, что умудряются пережить все эти угрозы и все же оставить потомство, передают свой секрет успеха следующему поколению. Все смерти в природе знаменуют собой естественный отбор, который позже может воплотиться в птичьем пении или серебристых молниях летучих рыб — в мире, который, по крайней мере на поверхностный взгляд, представляется нам радостным.
Но Дарвин почти ничего не говорил еще об одной чрезвычайно мощной эволюционной угрозе, которая принесла ему лично немало страданий. Его десять детей вынуждены были сражаться с болезнями, такими как инфлюэнца, тиф и скарлатина, и к 1859 г., когда вышла книга «Происхождение видов», трое из них уже умерли. Сам Дарвин большую часть жизни страдал от переутомления, приступов дурноты и рвоты, от сердечных проблем. Однажды он так сказал о своем здоровье: «В молодости хорошее, последние 33 года плохое». Сейчас, конечно, трудно сказать, чем именно был болен Дарвин, но существует предположение, что он страдал от болезни Шагаса. Болезнь Ша- гаса вызывает Trypanosoma cruzi — вид трипаносом, родственных Trypanosoma brucei — возбудителю сонной болезни. Т. cruzi медленно, по частям, разрушает нервную систему, и смерть от болезни Шагаса ужасна в своем разнообразии. У больного, к примеру, может остановиться потерявшее ритм сердце; из-за отсутствия сигналов может прекратиться перистальтика кишечника, и тогда переваренная пища будет скапливаться в толстой кишке, пока человек не умрет от интоксикации. Распространяют Т. cruzi винчуки, кусачие насекомые Южной Америки. Дарвин во время кругосветного путешествия на корабле «Бигль» действительно перенес укус такого насекомого, но большая часть симптомов проявилась у него уже после возвращения в Англию. Вообще, семейству Дарвинов не грозила смерть от голода или волчьих зубов, но инфекционные болезни — иными словами, паразиты — могли погубить и их.
Дань, взимаемая паразитами с остальных представителей живой природы, очень тяжела: по эволюционному воздействию дань эта вполне сравнима с действием хищников или голода.
Вирусы и бактерии, как правило, работают быстро; они стремительно размножаются и вызывают болезни, которые либо убивают жертву, либо терпят поражение от ее иммунной системы. Паразиты-эукариоты тоже могут быть стремительными и фатальными — свидетелями тому сонная болезнь и малярия, но они могут причинять и другой вред. Клещи и вши, хотя и живут только на коже, могут довести своего хозяина до полного истощения. Черви, живущие в кишечнике, нередко позволяют хозяину прожить многие годы, но останавливают его рост и мешают производить потомство. Трематоды, которых изучал Лафферти в солончаковых болотах Карпинтерии, сами не убивают своих хозяев-фундулюсов: они просто превращают рыбок в танцующий корм для птиц. Краб, зараженный Sacculina, может прожить долгую жизнь, но он не передаст никому свои гены, потому что кастрирован паразитом. В эволюционном отношении это живой труп.
Паразиты не позволяют хозяевам передавать потомству свои гены и тем самым создают мощнейший механизм естественного отбора. Паразиты причинили лично Дарвину немало страданий, и этот факт, возможно, помешал ему признать, что они могут играть в своих хозяевах роль творческой эволюционной силы. Большая часть изменений, возникающих под действием этой силы, происходит именно там, где можно ожидать: в иммунной системе, защищающей животное от чужаков. Но помимо этого происходят и другие изменения, не имеющие на первый взгляд никакого отношения к болезням. Появляются все новые свидетельства того, что именно благодаря паразитам мы, как и многие другие животные, занимаемся сексом. Петушиный хвост и другие приспособления, при помощи которых самцы привлекают самок, возникли, возможно, тоже из-за паразитов. Не исключено также, что именно паразиты определили форму сообщества у самых разных животных — от муравьев до обезьян.
Вероятно, паразиты с начала времен являются движителем эволюции хозяев. Четыре миллиарда лет назад, когда гены только начали объединяться в свободные «конфедерации», паразитические гены легко брали над ними верх и заставляли воспроизводить себя быстрее, чем остальные гены. В ответ ранние организмы, вероятно, «разработали» способ постоянной проверки собственных генов. Такого рода мониторинг и сегодня идет в наших с вами клетках: в них есть специальные гены, которые ничего больше не делают, только ищут генетических паразитов и пытаются подавить их.
Многоклеточные организмы с самого момента своего появления стали для паразитов любимой мишенью: ведь каждый из них представлял собой просторное жилище, богатое пищей. Кроме того, многоклеточным организмам пришлось бороться с паразитизмом нового типа, при котором часть собственных клеток организма пыталась воспроизводиться быстрее других за счет остальной его части (эта проблема существует до сих пор в форме раковых заболеваний). Давление извне и изнутри привело к возникновению первых иммунных систем. Но на каждый шаг, предпринимаемый хозяевами против паразитов, паразиты вольны отвечать своими мерами. Скажем, иммунная система изобретает особую бирку, которую можно навешивать на паразитов, чтобы делать их более узнаваемыми; такого «меченого» паразита куда легче убить. Но после этого паразит может изобрести инструмент, при помощи которого можно избавиться от навешенной бирки. Иммунная система в ответ становится еще более изощренной: так, 500 млн лет назад позвоночные развили у себя способность распознавать при помощи Т- и В-клеток конкретные типы паразитов и производить антитела к ним.
Не стоит думать, что эти эволюционные догонялки имели место лишь в далеком прошлом, в глубинах времени. Эти процессы происходят и сегодня; поставив правильный эксперимент, биологи могут даже наблюдать их в действии. Один такой эксперимент (с плодовыми мушками и осами, которые на них паразитируют) провел А. Крайевельд из Имперского колледжа в Англии. Для эксперимента он выбрал осу-паразита и два вида носителя: плодовых мушек Drosophila subobscura и Drosophila melanogaster. Он вырастил ос на мушках D. subobscura, а затем поместил несколько десятков паразитов в камеру с D. melanogaster. Осы инфицировали новых хозяев и убили девятнадцать из каждых двадцати D. melanogaster. Однако одной из каждых двадцати дрозофил D. melanogaster удалось мобилизовать свою иммунную систему и уничтожить личинки осы. Крайевельд взял этих резистентных мушек и получил от них следующее поколение D. melanogaster.
Тем временем Крайевельд продолжал выращивать ос- паразитов на мушках другого вида, D. subobscura. Когда следующее поколение D. melanogaster выросло, он вновь выпустил в их камеру несколько ос. Осы вновь атаковали мушек D. melanogaster, а Крайевельд вновь взял выживших как производителей и вырастил новое поколение.
Выращивая ос и мушек таким образом, ученый закрывал глаза одному из участников поединка паразит — хозяин. С каждым поколением все больше мушек D. melanogaster способны были приспособиться к осам и справиться с ними. А осы, которых Крайевельд выращивал на мушках другого вида (D. subobscura) у не имели возможности ответить на эволюционные изменения хозяев (D. melanogaster). Такое преимущество позволило D. melanogaster добиться стабильных результатов в борьбе с паразитами. Всего за пять поколений доля мушек, способных расправиться с личинками ос, поднялась от одной из двадцати до двенадцати из двадцати.